Poudarki tehnološkega simpozija TSMC 2021 – Silicijeva tehnologija

Pred kratkim je TSMC organiziral svoj letni tehnološki simpozij, na katerem so predstavili najnovejšo tehnologijo silicijevih procesov in načrt pakiranja. Ta članek bo pregledal poudarke razvoja silicijevega procesa in prihodnje načrte za izdajo.

Naslednji članki bodo opisali ponudbo embalaže in se poglobili v tehnološki razvoj in kvalifikacije posebej za avtomobilski sektor. Pred nekaj leti je TSMC opredelil štiri »platforme«, ki bodo prejele edinstvene naložbe v raziskave in razvoj za optimizacijo specifičnih tehničnih ponudb: visoko zmogljivo računalništvo (HPC); mobilni; robno/IoT računalništvo (ultra nizka poraba energije/puščanje); in avtomobilizem. Osredotočenost na razvoj procesov za avtomobilski trg je bila prevladujoča tema simpozija in bo obravnavana v ločenem članku.

V oklepaju te platforme ostajajo temelj načrta TSMC. Kljub temu se je mobilni segment razvil izven (4G) pametnih telefonov in zajema širši nabor aplikacij. Pojav »preobrazbe digitalnih podatkov« je povzročil povečano povpraševanje po možnostih brezžične komunikacije med robnimi napravami in viri v oblaku/podatkovnem centru – npr. WiFi6/6E, 5G/6G (industrijska in metropolitanska) omrežja. Posledično TSMC poudarja svoje naložbe v razvoj RF procesne tehnologije, da bi obravnaval ta rastoči segment.

splošno

Tukaj je nekaj splošnih poudarkov s simpozija, ki jim sledijo posebne objave procesnih tehnologij.

• širina ponudbe

Leta 2020 je TSMC svojo podporo razširil na 281 različnih procesnih tehnologij in poslal 11,617 izdelkov 510 strankam. Kot v prejšnjih letih je TSMC ponosno izjavil, da "nismo nikoli zaprli tovarne."

Trenutna zmogljivost v letu 2020 presega 12 milijonov (ekvivalent 12” rezin) z naložbami v širitev tako za napredna (digitalna) kot za posebna procesna vozlišča.

• investicije v kapitalsko opremo

TSMC namerava v naslednjih treh letih vložiti skupno 100 milijard ameriških dolarjev, vključno z letošnjimi kapitalskimi izdatki v višini 30 milijard ameriških dolarjev, za podporo globalnim potrebam strank.

Globalni prihodki družbe TSMC v letu 2020 so znašali 47.78 milijarde USD – letna zaveza v višini 30 milijard USD za širitev tovarne bi zagotovo nakazovala pričakovanje znatne in razširjene rasti trga polprevodnikov, zlasti za družine procesov 7nm in 5nm. Na primer, novi trakovi (NTO) za družino 7nm se bodo leta 60 povečali za 2021 %.

TSMC je začel graditi tovarno v ZDA v Phoenixu, AZ – serijska proizvodnja procesa N5 se bo začela leta 2024 (približno 20 rezin na mesec).

• okoljske pobude

Tovarne so zahtevne porabnice elektrike, vode in (reaktivnih) kemikalij. TSMC je osredotočen na prehod na 100 % obnovljive vire energije do leta 2050 (25 % do 2030). Poleg tega TSMC vlaga v sisteme recikliranja in čiščenja brez odpadkov, ki vračajo uporabljene kemikalije v kakovost »elektronskega razreda«.

Eno opozorilo ... Naša industrija je znana kot ciklična, z okrepljenimi gospodarskimi vzponi in padci. Jasno sporočilo TSMC na simpoziju je, da se bo pospešeno sprejemanje polprevodnikov na vseh platformah – od podatkovno intenzivnih računalniških centrov do brezžičnih/mobilnih komunikacij do avtomobilskih sistemov do naprav z nizko porabo energije – nadaljevalo v bližnji prihodnosti.

Načrt procesne tehnologije

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Spodnja slika povzema načrt napredne tehnologije.

N7+ predstavlja uvedbo EUV litografije v osnovni proces N7. N5 se serijsko proizvaja od leta 2020.

N3 bo ostal ponudba tehnologije, ki temelji na FinFET, z množično proizvodnjo, ki se bo začela v drugi polovici leta 2. V primerjavi z N2022 bo N5 zagotovil:

• +10-15 % zmogljivost (iso-moč)
• -25-30% moči (iso-zmogljivost)
• +70 % logična gostota
• +20% gostota SRAM
• +10% analogna gostota

TSMC Foundation IP običajno ponuja dve standardni knjižnici celic (z različnimi višinami tirnic), da obravnava edinstveno zmogljivost in logično gostoto HPC in mobilnih segmentov. Za N3 je potreba po "popolni pokritosti" obsega zmogljivosti/moči (in domene napajalne napetosti) privedla do uvedbe tretje standardne knjižnice celic, kot je prikazano spodaj.

Omogočanje oblikovanja za N3 napreduje proti statusu v1.0 PDK v naslednjem četrtletju, s širokim naborom IP-jev, kvalificiranih do 2Q/3Q 2022.

N4 je edinstven "potisk" k obstoječemu proizvodnemu procesu N5. Optično krčenje je neposredno na voljo, združljivo z obstoječimi modeli N5. Poleg tega je za nove zasnove (ali obstoječe zasnove, ki jih zanima fizična ponovna implementacija) na voljo nekaj izboljšav trenutnih pravil za načrtovanje N5 in posodobitev standardnih knjižnic celic.

Podobno je N6 posodobitev družine 7nm z vse večjim sprejemanjem litografije EUV (v primerjavi z N7+). TSMC je navedel, da "N7 ostaja ključna ponudba za naraščajoče število mobilnih 5G in modelov AI pospeševalnikov v letu 2021."

• N7HPC in N5HPC

Indikacija zahtevnih zahtev glede zmogljivosti platforme HPC je interes kupcev za uporabo "overdrive" napajalne napetosti nad nominalno mejo VDD procesa. TSMC bo ponujal edinstvene različice procesov »N7HPC« (4Q21) in »N5HPC« (2Q22), ki podpirajo overdrive, kot je prikazano spodaj.

Za te tehnologije HPC bo na voljo ustrezna izdaja zasnove SRAM IP. Kot je bilo pričakovano, bodo oblikovalci, ki jih zanima ta (enomestno odstotno izboljšanje) možnost delovanja, morali obravnavati povečano statično uhajanje, dejavnike pospeška zanesljivosti BEOL in mehanizme napak zaradi staranja naprave. Omembe vredna je naložba TSMC v razvoj in kvalifikacijo procesov, posebej optimiziranih za posamezne platforme. (Zadnja različica postopka, specifična za HPC, je bila na vozlišču 28 nm.)

• RF tehnologija

Tržno povpraševanje po WiFi6/6E in 5G (sub-6GHz in mmWave) brezžičnih komunikacijah je vodilo TSMC, da se je bolj osredotočil na optimizacijo procesov za RF naprave. RF stikala so tudi ključno področje uporabe. Poudarek je tudi na protokolih za brezžično komunikacijo z nizko porabo energije, kot je Bluetooth (s pomembno funkcijo digitalne integracije). Avtomobilski radarski slikovni sistemi bodo brez dvoma deležni vse večjega povpraševanja. Aplikacije mmWave so povzete na spodnji sliki.

Dva ključna parametra, ki se običajno uporabljata za opis delovanja RF tehnologije, sta:

• naprava Ft (»mejna frekvenca«), kjer je tokovni dobiček = 1, obratno sorazmeren z dolžino kanala naprave, L
• naprava Fmax (»največja frekvenca nihanja«), kjer je dobiček moči = 1, sorazmeren s kvadratnim korenom iz Ft, obratno sorazmeren s kvadratnim korenom iz Cgd in Rg

Načrt RF tehnologije TSMC je prikazan spodaj, razdeljen na različne segmente uporabe.

Proces N6RF je bil izpostavljen na simpoziju – primerjava zmogljivosti naprave z N16FFC-RF je prikazana spodaj.

Tudi procesa N28HPC+RF in N16FFC-RC sta nedavno prejela izboljšave – poudarjene so bile na primer izboljšave odpornosti proti parazitskim vratom, Rg. Za aplikacije z nizkošumnimi ojačevalniki (LNA) TSMC razvija svoje ponudbe SOI pri 130 nm in 40 nm.

• Tehnologije ULP/ULL

Napoveduje se, da bodo aplikacije interneta stvari in robnih naprav postale vse bolj razširjene, saj bodo zahtevale večjo računalniško zmogljivost pri zelo nizki porabi energije (ULP) v kombinaciji z ultra-nizkim puščanjem (ULL) statično disipacijo moči za izboljšano življenjsko dobo baterije.

TSMC je zagotovil različice postopka ULP – tj. operativno funkcionalnost za IP pri zelo nizki napajalni napetosti VDD. TSMC je omogočil tudi rešitve ULL, pri čemer naprave/IP uporabljajo optimizirane mejne napetosti.

Spodaj je podan pregled platforme IoT (ULP/ULL) in načrt procesa.

Procesno vozlišče N12e je izpostavil TSMC z integracijo vgrajene tehnologije obstojnega pomnilnika (MRAM ali RRAM) s standardno funkcionalnostjo celice do 0.55 V (z uporabo naprav SVT; celice z nizkim Vt bi omogočile nižji VDD in aktivno moč pri večjem uhajanju) . Primerljiv poudarek je bil namenjen tudi zmanjšanju Vmin in toka uhajanja v stanju pripravljenosti N12e SRAM IP.

Povzetek

Na simpoziju je TSMC predstavil več novih razvojnih procesov s posebnimi optimizacijami za HPC, IoT in avtomobilske platforme. V središču pozornosti so tudi izboljšave RF tehnologije v podporo hitremu sprejemanju novih standardov brezžične komunikacije. In res je, čeprav na simpoziju ni bilo veliko poudarka, obstaja jasen načrt izvedbe za napredna mainstream procesna vozlišča – N7+, N5 in N3 – z dodatnimi stalnimi izboljšavami procesov, kot se odraža v izdaji vmesnega vozlišča N6 in N4.

Za več informacij o načrtu digitalne tehnologije TSMC sledite temu povezava.

-chipguy

Delite to objavo prek: Vir: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/